Brunstarr växer i sumpiga ängsskogar och då gärna i gläntor. Den ses även i alkärr, fuktiga betesmarker och slåtterängar; flera lokaler anges vara igenväxande. Redan Sjöstrand (1850) anmärkte att brunstarr växte nära de källflöden som kom fram utmed västra landborgen och så gör den än idag på några ställen. Brunstarr är heller inte främmande för kulturpåverkade miljöer som diken och dammar.

Brunstarr har glesa förekomster på Öland men är troligen delvis förbisedd. Ofta är växtplatserna myggrika, blöta och igenväxande utmarker som även den mest energiske inventerare kan tveka att genomkorsa. Många bestånd är dessutom sparsamt fruktificerande vilket gör den svårbestämd. Men brunstarr bedöms ändå ha minskat på Öland beroende på utdikningen av landskapet vilket gjort att de bäckar och källor, speciellt utmed västra landborgen som förr hyste arten, numera har sinat. Jämfört med Sterner (1938) ses en tydlig minskning i statistiska analyser (Frescalo och Telfer).

Det är vanligt med icke blommande bestånd av brunstarr. I samma miljöer växer också den närstående jättestarr C. riparia som lätt skiljs ut på att infästningen av snärpet är avrundat hos jättestarr medan det hos brunstarr är tydligt tillspetsat. Även blåsstarr C. vesicaria kan förväxlas med brunstarr och har liksom den ett snärp med spetsigt infäste. Blåsstarr känns igen på de gulgröna–gröna bladen och de basala slidorna som har en purpurröd färg. Brunstarr har blad som är mörkgröna–blågröna och de basala slidorna saknar röda inslag (Schou 2006).

Gammal, bofast.